Što je X-zraka?

Ovaj članak opisuje takva stvar kao što je X-zrakama. To objašnjava fizički temelj ovaj fenomen i njegove primjene.

Razvoj tehnologije novih materijala

Inovacije, nanotehnologija - trend u suvremenom svijetu. Vijesti pun izvješća o revolucionarnih novih materijala. No, malo ljudi zna što je ogroman aparati istraživanja znanstvenici moraju napraviti barem mali napredak u postojećim tehnologijama. Jedan od temeljnih fenomena koji pomažu ljudima u njemu, - difrakcija X-zraka.

elektromagnetsko zračenje

Za početak, treba pojasniti da takav elektromagnetskog zračenja. Svako kretanje tereti tijelo stvara oko sebe elektromagnetsko polje. Ta polja prožimaju sve oko sebe, pa čak i vakuum u duboki svemir nije slobodan od njih. Ako u takvom području, periodične poremećaji koji su sposobni razmnožavati se u prostor, oni se zovu elektromagnetsko zračenje. Koristi se za opisivanje pojmova kao što su valne duljine, frekvencije i njegove energije. Što energija intuitivno jasno, a valna duljina - udaljenost između istovjetnih faza (npr između dva susjedna maksimuma). Što je veća valna duljina (a time i frekvencija), manje energije. Podsjetimo, ovi koncepti trebaju opisati što rendgenske difrakcije kratko i jasno.

elektromagnetski spektar

Sve razne elektromagnetske zrake odgovara na posebnoj razini. Ovisno o valnoj duljini, razlikovati (od najdulje do najbrža):

• radio valovi;
• terahercnih val;
• infracrveni valovi;
• vidljive valne duljine;
• ultraljubičasto valna duljina;
• Valna duljina X-zraka;
• gama zračenje.

Dakle, mi smo zainteresirani za zračenje ima vrlo malu valnu duljinu i najveću energiju (pa se ponekad naziva teško). Dakle, dolazimo do opis onoga što je X-zrakama.

Podrijetlo rentgenskoj

Što je veća energija zračenja, teže je dobiti umjetnim putem. Širenje požara, osoba koja prima puno infracrvenog zračenja, jer je to prenosi toplinu. Ali to je bilo difrakcije rendgenskih zraka na prostornu strukturu, potrebno je puno teškog rada. Dakle, ova vrsta elektromagnetskog zračenja je pušten, ako je knock out elektron iz ljuske atoma, koji je u neposrednoj blizini jezgre. Elektroni se nalaze iznad, nastoje popuniti rupu, njihove prijelaze i pružiti fotona X-zraka. Također u kočenju nabijenih čestica ima masu (npr elektrona) proizveden tim visoke energije zrake. Dakle, difrakcije rendgenskih zraka na kristalnoj rešetki je u pratnji izdataka dovoljno velik količinu energije.

U industrijskoj skali, ovo zračenje su kako slijedi:

1. Katoda emitira elektrone s visokom energijom.
2. Elektronički suočava s anodnog materijala.
3. Elektronska dramatično usporava (emitira X-zrake).
4. U drugom slučaju, elektron kuca usporavanje čestica s niskim orbiti atoma anode materijala, koji generira rendgenske zrake.

Također je potrebno da shvate da, kao i svaki drugi elektromagnetsko zračenje u X-ray ima svoj izbor. To ide ovo zračenje koristi se dovoljno široko. Svatko zna da je slomljena kost ili formacija u plućima traži uz pomoć X-zraka.

Kristalna struktura

Sada smo došli blizu onome što je metoda rendgenske difrakcije. Da biste to učinili, objasniti strukturu čvrste. U znanosti, čvrsto tijelo se naziva tvar u obliku kristala. Drvo, glina ili stakla čvrsto, ali im nedostaje glavna stvar: periodičnu strukturu. No, kristali su ovu nevjerojatnu imovinu. Sam naziv ovog fenomena sadrži njegovu suštinu. Prvo morate shvatiti da u kristalnim atoma su fiksne čvrsto. Komunikacija između njih posjeduju određeni stupanj elastičnosti, ali su prejaki, atomi se mogu kretati unutar rešetke. Takve epizode su moguće, ali s vrlo jakim vanjskih utjecaja. Na primjer, ako je metal kristal do zavoja, nastaju u točki nedostatke različitih vrsta: na nekim mjestima atom ostavlja svoje mjesto, formiranje pozicije, u drugom - to je premještena u pogrešnom položaju, stvarajući uvod kvar. U fold kristalno gubi svoju tanku kristalnu strukturu, vrlo je neispravan, labav. Dakle, isječak, koji je nekoć nesavijen, bolje je ne koristiti, kao što je metal izgubili svojstva.

Ako su atomi čvrsto su fiksne, oni ne mogu biti postavljeni jedan nasuprot drugom nasumce kao u tekućinama. Oni moraju organizirati se tako da se minimizira energiju njihove interakcije. Tako, kako su atomi raspoređeni u rešetke. U svakom od polja imaju minimalni skup atoma raspoređenih na poseban način u prostoru, - jedinične ćelije kristala. Ako sve to emitiraju, to jest, kombinirati rub međusobno pomicanjem u bilo kojem smjeru, dobili smo cijeli kristal. Međutim, to je vrijedno pamćenja da je to - model. Svaki pravi kristal ima nedostatke, i potpuno točan prijevod je gotovo nemoguće postići. Moderne silicij memorijske elemente u blizini idealne kristala. Međutim, njihova proizvodnja zahtijeva ogromne količine energije i ostalih resursa. U laboratoriju, znanstvenici su počinili strukture različitih vrsta, ali u pravilu, trošak njihovo stvaranje je prevelika. No, pretpostavimo da su svi kristali su idealna: u bilo kojem smjeru isti atomi će se nalaziti na istim udaljenostima jedan od drugoga. Takva struktura se naziva rešetke.

Istraživanje strukture kristala

To je zbog činjenice mogu biti difrakcije rendgenskih zraka na kristalima. Periodičko Struktura kristala stvara u njima neki od ravnine u kojoj je više ugljikovih nego u drugim smjerovima. Ponekad su to dani rešetka avion simetriju, ponekad - uzajamni raspored atoma. Svaki avion dodjeli oznaka. Udaljenost između ravnina je vrlo mala: reda veličine od nekoliko angstrema (opoziv angstrema - 10 ^-10 m ili 0,1 nm).

Međutim, avioni u jednom smjeru u bilo kojem stvarnom kristala, čak i vrlo malo puno. Difrakcija X-zraka kao metoda koristi ovu činjenicu: sve valovi koji je promijenio smjer ravnine u jednom smjeru, zbrajaju se, što je izlazni signal je dovoljno jasna. Dakle, znanstvenici mogu shvatiti što područja nalaze se u kristalno ovi avioni i ocjenjuju na unutarnju strukturu kristalne strukture. Međutim, samo podaci nisu dovoljni. Osim kut nagiba, trebate znati udaljenost između ravnine. Bez toga, možete dobiti tisuće različitih modela strukture, ali ne zna točan odgovor. O tome kako su znanstvenici saznali o udaljenosti između zrakoplova će biti objašnjeno u nastavku.

difrakcija pojava

Mi smo već dali fizičku osnovu onoga što je X-zrakama na prostorne rešetke kristala. Međutim, još nismo objasnili suštinu fenomena difrakcije. Dakle, difrakcija - savijanje valova (uključujući i elektromagnetske) prepreke. Ovaj fenomen čini se da je kršenje zakona linearne optike, ali to nije. To je usko povezano sa smetnjama i svojstva valova, kao što su fotoni. Ako je svjetlo putanja vrijedi prepreka, zbog difrakcije fotona može „vidjeti” iza ugla. Koliko daleko odstupati od smjera širenje svjetlosti ravno ovisi o veličini prepreka. Što je manja prepreka, manje bi trebala biti duljina elektromagnetskog vala. Zato je difrakcije rendgenskih zraka na monokristala pomoću takvih kratkih valnih duljina udaljenost između ravnina je vrlo mala, optički fotoni jednostavno nisu „proći” između njih, a samo reflektira s površine.

Takva ideja je istina, ali se smatra preuska u modernoj znanosti. Da proširi svoju definiciju, kao i općeg znanja sadašnje metode manifestacije difrakcije valova.

1. Promjene u valom prostornom. Na primjer, kut širenja vala širenja snopa ili odstupanje od valova broj valova u nekom povoljnom smjeru. To je ovoj klasi fenomena vezanih savijanje valova prepreke.
2. Proširenje valovi u spektru.
3. Promjena polarizacije valova.
4. Pretvorba faze strukture valova.

Fenomen difrakcija, zajedno s interferencije koja je odgovorna za činjenicu da je smjer svjetlosnog snopa na uskom jaz iza njega vidimo ne jedan, nego nekoliko laganih uspona. Dalje najviše od sredine jaz, to je veći red. Isto tako, kada je točna formulacija eksperiment sjena konvencionalni šivanje iglom (naravno tanki) je podijeljena u nekoliko bendova, pri čemu je igla točno promatrani maksimum svjetlosti, a ne minimalna.

formula Bragg

Već smo spomenuli da je konačni signal se dodaje iz svih fotona X-zraka koje se reflektiraju od aviona s istim nagibom u kristalu. No, točno izračunati struktura omogućuje još jedan važan odnos. Bez bilo bi beskorisno difrakcija X-zraka. Bragg formula izgleda ovako: 2dsinƟ = nλ. Ovdje, d - razmak između ravnina s istim kutom nagiba, θ - kut klizanja (kut Bragg) ili kut incidencije u ravnini, n - redoslijed maksimuma difrakcije, λ - valna duljina. Budući da je poznato kako točno Rendgenski spektar koristi za prikupljanje podataka i kut pod kojim svjetlost pada je ta formula vam omogućuje da izračunati vrijednost d. Malo iznad mi je rekao da bez te informacije točno dobiti struktura materije je nemoguće.

Moderna korištenje X-zrakama

Postavlja se pitanje: u kojim slučajevima je potrebno ovu analizu, znanstvenici su zapravo i nije bila istražena sve svjetske strukture, a možda i prije svega u proizvodnji novih tvari ne uključuju ljude, kakve rezultate hoće? Četiri odgovora.

1. Da, znamo naš planet je dovoljno dobar. No, svake godine ima novih minerala. Ponekad su čak sugeriraju struktura neće raditi bez rendgenskih zraka.
2. Mnogi znanstvenici pokušavaju poboljšati svojstva postojećih materijala. Te tvari su podvrgnuti različitim vrstama obrade (pritiska, temperature, laseri i slično. D.). Ponekad u svojoj strukturi dodati ili ukloniti elemente iz njega. Razumjeti što unutarnja restrukturiranja u isto vrijeme dogodio, hoće X-zraka na kristalima.
3. Za neke primjene (na primjer, za lasersko aktivnog medija, memorijskih kartica, optički elementi sustav promatranja) kristali mora točno odgovarati. Stoga, ispitana je njihova struktura pomoću ove metode.
4. Difrakcija X-zraka - to je jedini način da saznate koliko i ono što se dogodilo u sintezi faze u višekomponentnih sustava. Primjeri takvih sustava može poslužiti kao elementi moderne keramičke tehnologije. Prisutnost nepoželjnih faza može značiti ozbiljne posljedice.

svemirske aktivnosti

Mnogi ljudi su se pitali: „Zašto imamo veliki opservatorij u orbiti oko Zemlje, zašto nam je potrebna Rover, ako se čovječanstvo još uvijek nije riješio probleme siromaštva i rata?”

Svatko može pronaći svoje argumente „za” i „protiv”, ali očito je da čovječanstvo mora biti san.

Dakle, gledajući zvijezde, danas možemo reći s povjerenjem: što znamo o njima svaki dan sve više i više.

X-zrake procesa koji se odvijaju u prostoru, ne dođe do površine našeg planeta, oni su apsorbira u atmosferi. Ali ovaj dio elektromagnetskog spektra ima puno podataka o visoko-energetskih fenomena. Dakle, alati, proučavajući x-ray, treba staviti izvan Zemljine orbite. Postojeći stanica trenutno studira sljedeće stavke:

• ostaci supernova eksplozija;
• centri galaksija;
• neutronske zvijezde;
• crne rupe;
• Sudar masivnih objekata (galaksija, grupe galaksija).

Začudo, za razne projekte pristup tim mjestima dostupan je učenicima, pa čak i školske djece. Uče dolazi iz dubokog svemira rendgenskih zraka: difrakcije, interferencije, spektar postao predmet njihova interesa. A neki vrlo mladi korisnici svemirskih opservatorija bi otkrića. Rigorozni čitatelj može, naravno, tvrde da oni imaju nešto je upravo vrijeme slike u visokim rezolucijama razmotriti i primijetiti suptilne detalje. I naravno, važnost otkrića, u pravilu, samo shvatiti ozbiljno astronom. No, takvi slučajevi su poticanju mladih kako bi se osiguralo da se posvete svoje živote za istraživanja svemira. A to je cilj vrijedi slijediti.

Dakle, kako bi se postigla Wilhelm Conrad Röntgen otkrio pristup zvjezdane znanja i prilike za osvajanje druge planete.